齿轮消隙与双电机消隙的应用

众所周知，在(滚珠)丝杠传动中，可以采用双螺母反向预紧的方法，以机械方式消除单螺母传动面临的反向间隙问题，以降低频繁反向过程中因反向间隙引入的传动误差和刚度损失。但由于丝杠传动存在不可避免的长度限制，而且超长行程的重载滚珠丝杆由于销量有限，售价也极高，因而大型机床，尤其是重型机床的直线进给轴普遍采用高精度齿轮齿条传动。

1 消隙结构的分类在齿轮齿条传动可以依靠双齿轮反向预紧的方式消除反向间隙，如果两个齿轮与齿条，齿圈的反向预紧力由机械装配和调整关系来实现，则称之为机械消隙，机械消隙属于单电机输入两个齿轮输出的形式 ；如果两个齿轮与齿条 /齿圈间的反向预紧力分别由驱动这两个齿轮的两台(伺服)电机间的力矩协调关系来保证，则称之为双电机电气消隙，双电机电气消隙属于双电机输入两个齿轮输出的形式。

2 问题的提出原因之前我公司为某客户开发设计的-台数控动柱式龙门铣床如图 1所示。该铣床工作台固定、立柱横梁等部件通过 xl轴和X2轴带动在床身上运动。此时就要求x1轴和x2轴的同步性，否则会造成横梁的扭曲而影响机床精度。在完成同步轴的装配后，我们就进行了联机调试，结果发现xl轴和x2轴的反向间隙分别为0.10 aim和O.12 mm，情况非常不理想。

图 1 数控动柱式龙门铣床3 问题的分析与处理在设计时采用如图2所示结构。

图2 齿轮箱展开图当电机由减速器减速后，经联轴器进入 1：2.5的传动箱与齿条啮合，齿条固定在床身上，输出齿轮模数 8 mm，齿数25齿。

收稿日期：2012-10-04作者简介：罗 华(1978-)，男，广西南宁人，工程师，本科，学士，研究方向：数控龙门铣床；梁世伟(198o)，男，广西南宁人，工程师，本科，学士，研究方向：数控龙门铣床。

144《装备制造技术)2013年第 1期齿轮箱 中间轴上安装有-对旋向相反的斜齿轮，与两个输出轴上的大斜齿轮分别啮合。当调整中间轴上的垫片厚度使蝶形弹簧压缩时，中间轴向下移动，此时，两个大齿轮就转过了-定角度。这样就保证了无论正反转始终有-对齿轮齿条啮合是零间隙。通过查资料得该减速器的背隙为-<6，这样反映到直线进给的间隙为 6/(60×360)X(1/2.5)(传动箱变速比)×(傲8×25)(输出齿轮的周长)0.07 rain，加上加工装配误差等影响，与实测比较吻合。从上式看出，可通过修改齿轮箱设计来降低背隙，但实际重切削时反向间隙的大泄在不断地发生变化，呈现不规则的现象，我们分析是弹簧力在影响这-结果，在反复调整检测后，仍未能很好的解决稳定性问题。对此我们修改了设计方案，决定采用双电机消隙的结构。

(2)在静态下，左齿轮与齿条的右齿面啮合并适度保持向右的驱动力矩，右齿轮与齿条的左齿面啮合并适度保持向左的驱动力矩，两力矩相等，此时无间隙。

图 3 双电机消隙图示(3)在负载较轻时，两个齿轮对齿条的左右齿面施加足够大的反向驱动力，这样-来，无论朝哪个方向运行，都不会产生反向间隙。

大而右齿轮的力矩逐渐减小，此时由左齿轮无间隙驱动机床开始移动。在负载足够大时，两个齿轮对齿条的右向齿面施加方向-致的驱动力，以提高负载驱动能力。即当右齿轮力矩减至O直至开始加大时，力矩方向变反向，便与左齿轮-起驱动机床移动，达到加速度最大(如图4所示)。在减速时则反之。

避 篷 图 4 双 电机驱 动图示具体做法如下：本数控动柱式龙门铣床采用西门子840D数控系统。给每个电机预设-个20%额定扭矩的预加应力，设定-个电机为主驱动电机，左齿轮要求出力大；另-个为副驱动电机，右齿轮要求出力小，如表 l所列。

表 1 主、副电机驱动力矩示意动作 左齿轮 右齿轮 预加力矩 合力矩静止 2Nm -2Nm 4Nm ONm开始加速或切削 4Nm ONm 4Nm 4Nm6Nm 2Nm 4Nm 8Nm最大加速或切削 8Nm 4Nm 4Nm 12Nm5 结束语当该机床装配完成后，两同步轴经过反复测量反向间隙为0.015 mm，符合精度要求，并最终得到了用户的好评。通过实际应用，双电机消隙控制的方式对我们今后的设计工作起到-定的借鉴意义。这种重复定位精度高、较欧洲机械消隙产品成本低，性能优越的方案在竞争日益激烈的市场中越来越受到各个厂家的青睐，具有广泛的前景。

(4)在刚开始加速右移时，左齿轮的力矩逐渐增Application of the Gear Anti-Backlash and the Double-Motor Anti-BacklashLUO Hua，LIANG Shi-wei(Guilin Machine Tool Co.，Ltd.，Guilin Guangxi 541001，China)Abstract：The synchronism of the movable shaft of the large scale CNC gantry-type milling machine is a difficultproblem，and the reversing space of the synchronizing shaft is larger in driving of the anti-backlash gear box byself-made，which will affect the synchronism.The problem is settled through the using of the double-motoranti-backlash。

Key words：synchronism；gear backlash；double-motor anti-backlash145